DD301764A7

DD301764A7 - Gelenkendoprothese mit Al tief 2 O tief 3-Keramikkopf und einerKompositpfanne und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DD301764A7
Application number: DD334926A
Authority: DD
Original assignee: Eska Medical Gmbh & Co
Priority date: 1989-11-28
Filing date: 1989-11-28
Publication date: 1993-10-07
Also published as: WO1991008000A1; DE59009862D1; US5338771A; RU2051692C1; JPH05504271A; JPH084617B2; EP0502082A1; EP0502082B1; ES2081468T3

Abstract

Die Erfindung betrifft die Gestaltung einer Kompositpfanne einer Gelenkendoprothese. Die anorganische Komponente der Pfanne weist Apatit- und/oder Wollastonit-Kristallphasen und zusätzlich Nebenkristallphasen auf, die eine verbesserte Hydrolysestabilität erbringen. Das anorganische Gemenge besteht aus 31- 34 Ma.-% CaO, 10- 12 % P ind 2 O ind 5, 43- 46 % SiO ind 2, 3- 5 % Na ind 2 O, 2- 3,5 % Mg, 3- 5 % CaF ind 2 und zusätzlich zu 100 % weitere 0,5- 11 % Al ind 2 O ind 3 und/oder ZrO ind 2 oder TiO ind 2 und Al ind 2 O ind 3 oder TiO ind 2 und ZrO ind 2 oder TiO ind 2 und ZrO ind 2 und Al ind 2 O ind 3, wobei der TiO ind 2-Anteil zwischen 0,5 und 5 % liegt. Ferner ist eine bestimmte Korngrößenverteilung und ein bestimmter Öffnungsradius zwischen Kugel und Pfanne erfindungswesentlich. Es wird ein verschleißfreier Lauf der Endoprothese erreicht.{Gelenkendoprothese; Komposit; Apatitkristallphase; Wollastonitkristallphase; Nebenkristallphase; Zirkondioxid; Titandioxid; Aluminiumoxid; Polyurethanmatrix; Epoxidharzmatrix}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft die Anwendung von glasig-kristallinen Materialien in der Gelenkendoprothetik durch eine elastische Einlagerung geeigneter Keramikkörper in physiologisch unbedenkliche Polyadditionskunststoffe pfannenseitig und die Minimierung der Reibungs- und Verschleißkräfte durch Kombination mit hochglanzpolierten keramischen Körpern kugelseitig bei optimaler Gestaltung der Gleitflächen zu einander. Der Kompositwerkstoff dient somit als Gleitpartner in künstlichen Gelenken, wie Hüft-, Knie-, Ellenbogen-, Schulter-, Hand-, Fußgelenkprothesen etc., bei denen der andere Gleitpartner aus einem Formkörper aus AI₂O₃-Keramik besteht. Derartige Prothesen finden in verschiedenen Disziplinen der Knochenersatzchirurgie, wie der Orthopädie und Traumatologie, ihren Einsatz.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Obwohl auf dem Gebiet dos künstlichen Gelonkersatzes mit einem Gleitpartner, bestehend aus einer AI₂O₃-Keramik und dem anderen bestehend aus einem Kunststoff, Fortschritte erzielt wurden, sind hinreichende Beispiele von Protnesenversagen bekannt geworden.

Der dabei erzielte Stand bis etwa zum Jahr 1987 wurde von P.EYERER dargestellt (in Z.f. Werkstofftechnik 17 [19881384-91,422-20,

In der DD-PS 272603 wurden ferner die Nachteile von dom bislang umfangreich genutzten Polyethylen in seinen verschiedenen Varianten dargelegt (z. B. PS D 2129832). Es wurde darin aber auch erläutert, warum man nicht auf die dämpfende Wirkung eines organischen Polymers bei Stoßbelastung ziB. in einer Hüftgelenkendoprothese verzichten sollte, wodurch der Einsatz einer Pfanne und eines Gelenkkopfes aus AI₂O₃-Keramik a priori in Frage zu stellen ist (DE-PS 2305333).

Bei Implantaten aus bioinerten Materialien auf Basis keramischer Werkstoffe besteht nämlich ein großer Modulunterschied zwischen Implantat und Knochen, der oftmals die Ursache für ein Implantatversagen darstellt.

Die damit verbundenen Versagensmechanismen beruhen einerseits auf ungedämpften Spannungsspitzen in der Gleitpaarung und folgendem Druck eines Gleitpartners und andererseits auf den ständigen lokalen Reizen im knöchernen Implantatlager und folgendem Knochenabbau.

Als Lösung diesei Probleme wurde deshalb ein Kompositwerkstoff vorgestellt, der sich auf eine Polyurethan- oder Epoxidharzkomponente und einem Füllstoff gründet.

In zu diesem Komplex zählenden Erfindungsbeschreibungen wird ausgeführt, daß sich Werkstoffe vom CaO-P₂O₆-SiO₂-TVp mit Apatit- und Wollastonitkristallphasen als vorteilhaft erweisen.

Andererseits ist gerade von diesen Stoffen bisher bekannt, daß sie hervorragende bioaktive Eigenschaften besitzen, d.h. infolge ihrer vorzüglichen Oberflächenreaktivität einen direkten (bindegewebsfreien) Knochenverbund eingehen.

Obwohl diese Stoffe sich offenbar auch zur Herstellung des Kompositwerkstoffes als Gleitpartner für eine Komposit/A^Os-Koramik-Paarung eignen, ist gerade durch die Oberflächenreaktivität der begründete Verdacht nicht auszuräumen, daß in bezug auf diese Anwendung (ohne direkten Knochenkontakt) die Hydrolysestabilität zu gering ist. Schon allein aus Gründen der Prävention eines dadurch bedingten Implantatausfalls, sollte man nach einem Werkstoff suchen, der einerseits die hervorragenden Gleiteigenschaften mindestens beibehält oder gar verbessert und andererseits eine deutliche Hydrolysestabilität im Vergleich zu den bekannten, bioaktiven Werkstoffen (z.B. DD 248351 A1, JP-P 57 / 191252) aufweist.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, langzeitstabile und verschleißfeste Gelenkendoprothesen zu entwickeln.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Hydrolysestabilität bekannter Gelenkendoprothesen mit einer Pfanne aus einer polymeren Matrix und einer darin enthaltenen anorganischen Komponente mit Apatit- und/oder Wollastonit-Kristallphasen zu verbessern.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch erreicht, daß bei Einsatz als konvexen Teil des Kunstgelenks einer bekannten AI₂O₃-Keramik mit hochglanzpolierter Oberfläche ein verschleißfreier Lauf dieses konvexen Teils durch eine Einbettung von hochfesten mineralischen Abrasionspräventoren in der Lauffläche der Gelenkpfanne erreicht wird. Diese Einbettung erfolgt, daß von vornherein eine große Zahl von Berührungspunkten zwischen den Reibpartnern durch die mineralischen Komponenten gebildet wird und daß die Zahl der Berührungspunkte auch bei deformierender Belastung des konkaven Teils des Kunstgelenks möglichst groß bleibt. Die eingebetteten Abrasionspräventoren besitzen darüber hinaus eine hohe Affinität zum Einbettmaterial, so daß die auftretenden Reibungskräfte keine Teilchen aur. der Lauffläche herauszulösen vermögen. Dies wird erfindungsgemäß durch einen optimalen

Öffnungswinkel beziehungsweise durch eine optimale Differenz zwischen Innen- und Außenkugel einerseits und andererseits durch die optimale Korngrößenverteilung der Abrasionspräventoren erreicht.

Erfindungsgemäß variiert die Zusammensetzung des die Lauffläche der Pfanne bildenden glaskeramischen Materials für folgende Bestandteile jeweils (Angaben in Ma.-%)

CaO 31-34

P₂O₆ 10-12

SiO₂ 43-^6

Na₂O 3- 5

MgO 2- 3,5

CaF₂ 3- 5

und stets zusätzlich, über die 100% der vorgenannten Gemengebestandteile hinausgehend, weitere 0,5 bis 11 % an AI₂O₃ und/oder ZrO₂ oder TiO₂ und AI₂O₃ oder TiO₂ und ZrO₂ oder TiO₂ und ZrO₂ und AI₂O₃ enthält, wobei TiO₂ zwischen 0,5 bis 5% liegt.

Die genannte Differenz zwischen Innenradius der Pfanne und Außenradius des Kopfes liegt erfindungsgemäß zwischen 25 und 350 Mikrometer. Diese Differenz ist deshalb erfindungswesentlich, weil eine sog. Einlaufphase wie bei Polyethylenpfannen bei der erfindungsgemäßen Endoprothese nicht auftritt und von vornherein dieser Öffnungswinkel bzw. diese Differenz festzulegen ist. Sie beträgt vorzugsweise 30 bis 300 Mikrometer. Pfanne und Kugel sollen möglichst eine ideale Kugelform aufweisen, d.h.

Radiusabweichungen von mehr als 30 Mikrometer sind nicht zu tolerieren.

Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die anorganische Kompositkomponente Nebenkristallphasen von 1 bis 20% enthält, ausgewählt aus der Gruppe Feldspate, alpha-Tricalciumphosphat, CaTiSiOs und Zirkonate. Die Menge der Nebenkristallphasen beträgt vorzugsweise 5-20%, insbesondere 8-15%.

Eine bevorzugte Zusammensetzung der anorganischen Komponente enthalt zusätzlich zu 100% Gemenge 0,5-10% ZrO₂. Eine weitere bevorzugte Zusammensetzung enthält zusc'zlich 0,5-5% TiO₂ und AI₂O₃ und/oder ZrO₂ bis insgesamt 10%. Eine woitere bevorzugte Zusammensetzung enthält zusätzlich 0,5 bis 10% AI₂O₃. Eine letzte bevorzugte Zusammensetzung enthält zusätzlich 0,5-10% ZrO₂ und AI₂O₃.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Herstellungsverfahren einer Gelenkendoprothese mit AI₂O₃-Keramikkopf und einer Kompositpfanne durch Schmelzen eines anorganischen Gemenges, Abkühlen und Zerkleinern des kristallinen Materials mit Apatit- und/oder Wollastonitkristallphasen, Einbringen in eine polymere Matrix und Aushärten der Matrix in einer Pfannenform. Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die obige Gemengenzusammensetzung, das o.g. Korngrößenspektrum, das in der polymeren Matrix verteilt wird und die Aushärtung in einer Pfanne mit einem derart gehaltenen Innenradius, daß die spätere Kombination mit dem AI₂O₃-Keramikkopf nur eine Differenz zwischen Innenradius dor Pfanne und Außenradius der Kugel im Bereich von 5 bis 350 Mikrometer zuläßt.

Als polymere Matrix kann ein Polyurethan oder ein Epoxidharz eingesetzt werden. Diese sind in einem Anteil von 20 bis 60 Masseteile in % vorhanden. Vorteilhaft bei Einsatz eines Polyurethanes ist eine Polyfunktionalität zwischen 2,1 und 4,0 insbesondere 3,3-3,6. Insgesamt soll der Anteil der funktionellen Gruppen bei den Polymeren gleich oder größer 10% sein und die Glastemperatur oberhc <b der Körpertemperatur liegen. Die Gelierzeit beträgt wenigstens 3 Minuten.

Im Sinne der Erfindung ist es gleichgültig nach welchem Verfahren glasig-kristallines Material hergestellt wurde, d.h., ob es sich um eine Glaskeramik, eine Keramik oder eine Sinterglaskeramik handelt. Die Herstellungsvariante nach der Glaskeramik-Technologie scheint infolge leicht verbesserter Biegebruchfestigkeitswerte des nicht gekörnten Materials bevorzugt das Erfindungsziel zu gewährleisten.

Die Anwesenheit von Apatit und/oder Wollastonit ist beim erfindungsgemäßen Material unerläßlich. Die Versuche haben aber auch zudem Ergebnis geführt, daß Nebenkristallphasen.wiez.B. Feldspate, alpha-Tricalciumphosphat, CaTiSiOs, verschiedene Zirkonate etc. nicht wie erwartet nur in einem eng begrenzten Maße toleriert werden, sondern überraschend konnte festgestellt werden, daß ihre Anwesenheit sich als günstig erweisen kann bis zu einem beachtlichen Mengenanteil.

Dennoch kann der Anteil der Nebenphasen einen bestimmten Anteil nicht überschreiten. Daher sollte der maximale Ma.-%-Anteil kleiner gleich 15 betragen, wenn eine weitere Nebenkristallphase neben den Hauptkristallphasen vorliegt, und maximal sollte er 20 betragen, wenn zwei oder mehrere Nebenkristallphasen vorhanden sind. Es versteht sich von selbst, daß die Hauptkristallphase bzw. -phasen stets einen höheren Mengenanteil bilden als die Nebenkristallphasen.

Zur Charakterisierung eines weiteren Merkmales des glasig-kristallinen Materials wurde eine Schnellmethode zur Bestimmung der chemischen Stabilität herangezogen.

Das zu untersuchende Material wird zerk. sinert und die für die Bestimmung gewählte Kornfraktion von 315-400pm wird entnommen. Das Probematerial wird mit Ethanol gewaschen und anschließend bei 110°C getrocknet, bs werden 10 Proben von jeweils ca. 2g der Untersuchungssubstanz auf der Analysenwaage bestimmt. Eüdestilliertes Wasser wird auf 37°C erhitzt und jeweils 200ml im Becherglas werden mit den eingewogenen ca. 2g versetzt. Diese Probe bleibt 24h im Brutschrank bei 37°C, abgedeckt mit einem Uhrglas, stehen. Nach dieser Zeit werden die Proben in vorher ausgewogene Filter überführt, die Bechergläser werden dabei mit dest. Wasser ausgespült bis nichts mehr zurückbleibt. Danach werden die Filter mit der Probensubstanz bei 110^cC getrocknet. Nach dem Abkühlen im Exsikkator erfolgt die erneute Wägung zur Ermittlung des Gewichtsverlustes nach: (Einwaage in mg - Auswaage in mg) * 1000/Einwaage in mg = Ergebnis in mg Substanzverlust/g Einwaage Ein Teil der danach bestimmten Ergebnisse wurde zusammen mit Angaben zur Kristallphasenbestimmung und der chemischen Zusammensetzung von relevantem Material und von Vergleichsbeispielen A und B in Tabelle 1 aufgeführt.

Es zeigte sich, daß im Vergleich zu einigen Materialien des Grundsystems P₂O₅-CaO-SiO₂ die hier beschriebenen Materialien C und D chemisch hydrolysestabiler sind.

Die Erfindung wird weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß das Kornband des verwendeten keramischen Materials einen Anteil mit einer Korngröße kleiner 10μηη von weniger als 0,1 % aufweist. Optimal erweist sich folgendes Vorgehen: Ein glasig-kristallines Material wird bei 150°C in dünner Schicht vorgetrocknet, nachdem zuvor ein Kornband von 50-500Mm, vorteilhafterweise jedoch nur 63-200Mm bzw. besonders bevorzugt nur 100-200Mm zusammengestellt wurde. Dieses Kornband sollte sich folgendermaßen zusammensetzen: 200 bis 500Mm 10%

16Obis2OOMm 15-25% 125 bis 160Mm 40-50% 100 bis 125Mm 20-30% 100pm 20%.

Wird das Kernband enger gewählt, erhöht sich folglich der Anteil der ausgewählten Fraktionen, was in obiger Zusammenstellung berücksichtigt wurde. Aus den Angaben ist zu entnehmen, daß es sich nicht um ein normalverteiltes Partikelhaufwerk handelt. Für einen verschleißfreien Lauf des Kunstgelenks ist ein Anteil von 20 bis 60 Masseanteilen in % (bezogen auf die Gesamtkompositmasse) erforderlich.

Überraschenderweise wurde gefunden, daß durch einfaches Einrühren derartiger so charakterisierter grobkristalliner, harter Abrasionspräventoren in eine flüssige Harzmischung auf der Basis eines geeigneten Polyadditionskunstharzes, das der Forderung nach physiologischer Unbedenklichkeit gehorcht, und durch Vergießen t'ieses flüssigen Kristallbreis in eine entsprechende Form, eine Anordnung der Kristalloberflächen an der Oberfläche des resultierenden Formkörpers erreicht werden kann, die einen minimalen Verschleiß resultieren läßt.

Erfindungsgemäß sind Polyadditionskunststoffe, wie Epoxidharze und Polyurethane zur Herstellung von in der Medizintechnik einsetzbaren Formstoffen, die auch als Biomaterial bezeichnet werden, als besonders geeignet einzuschätzen, da zu deren Herstellung keinerlei Initiatoren, Beschleuniger, Weichmacher, Stabilisatoren und ähnliche später migrierende und teilweise toxische Zusätze notwendig sind. Darüber hinaus erfolgt die Verarbeitung beim erfindungsgemäßen Vorgehen lösungsmittelfrei. Zur Herstellung der Polyurethane werden einerseits niedermolekulare Hydroxylverbindungen wie Trimethylolpropan, Neopentylglykol, Hexandiol-1.6 und Butandiol-1.4 neben den höhermolekularen Polyolen wie Polytetrahydrofuran, oder Monorizinoleate der niedermolekularen Hydroxylverbindungen eingesetzt.

Als Additionskomponente werden 95 bis 105 Äquivalent-% eines aromatischen, aliphatischen oder acyclischen Diisocyanats eingesetzt. Als solche dienen beispielsweise die bekannten chemischen Verbindungen wie Kexamethylendiisocyanat, 4,4-Diphenylmethandiisocyanat oder das Gomisch aus 2,4- und 2,6-Toluylendiisocyanat.

Zur Gewährleistung der hydrolytischen Stabilität der Polymermatrix und zur festen Bindung der Abrasionspräventoren ist es wichtig, daß die Glastemperatur des zur Einbettung benutzten Gießharzes oberhalb der Körpertemperatur liegt und daß der Gehalt an funktioneilen Gruppen, die eine feste Bindung zwischen Gießharz und Keramik bewirken, mindestens 10% beträgt. Als folche Gruppen fungieren in Polyurethanen die zur Wasserstoffbrückenbindung befähigten Uretliangruppen, während in Epoxidharzen die bei Verwendung von Polyaminen als Härter gebildeten Hydroxylgruppen, bzw. boi Verwendung von Anhydriden gebildeten Estergruppen derartige Wechselwirkungen ausüben.

Zur Erreichung der erfindungsgemäß notwendigen Glastemperatur bei Polyurethangießharzen ist es notwendig die Polyolfunktionalität zwischen 2,1 und 4,0, vorzugsweise zwischen 3,3 und 3,6 einzustellen. Darüber hinaus ist es aus gleichem Grunde notwendig, daß das Hydrow y'-alentgewicht des Polyols zwischen 100g und 300g Komponente/Mol OH vorzugsweise auf 150g/MOL bis 220g/Mol eingestellt wird.

Bei Epoxidharzen wird die Glastemperatur durch Verwendung von bekannten Diglycidethern 6er aromatischen Diphenole oder auch durch Verwendung von Isocyanursäuretriglycideester sowie durch Einsatz von Phthalsäureanhydrid, Hexahydrophthalsäureanhydrid und ähnlichen üblichen Epoxidharzhärter erreicht. Durch dieses Herstellungsverfahren, der Gießtechnik von beispielsweise Pfannen, werden wesentlich geringere arithmetische Mittenrauhwerte und verbesserte Rundheiten erhalten, als es bei den traditionellen Herstellungsverfahren, der mechanischen (Nach-)Bearbeitung, überhaupt möglich ist.

Durch die Erfindung wird es möglich, bei Einsatz bestimmter glasig-kristalliner Materialien und mittels einer elastischen Einlagerung in physiologisch unbedenkliche Polyadditionskunststoffe, pfannenseitig angewendet, sowie durch Anwendung von hochglanzpolierten keramischen Körpern, kugelseitig angewendet, verschleißfeste, dem Knochen angepaßte in der Golenkendoprothetik anwendbare Kombinationen von Gleitpartnern bereitzustellen. Die so hergestellten Kunstgelenke zeichnen sich durch hohe Langzeitstabilität, physiologische Unbedenklichkeit und eine hohe Verschleißfestigkeit aus. Darüber hinaus wirken die Gelenkpfannen durch einen an den Knochen angepaßten Modul pathophysiologischen Veränderungen im Bereich des verbleibenden Knochengewebes entgegen.

Man erhält somit Gelenkendoprothese^ bestehend aus einem Gleitpartner aus AI₂O₃-Keramik, einen biokompatiblen, hydrolysestabilen Kompositwerkstoff als zweiten Gleitpartner der hochfest und insbesondere verschleißarme Gelenke liefert. Die erzielten Vorteile der verbesserten Hydrolysestabilität minimieren weiterhin das Restrisiko des Einsatzes derartiger Gelenkprothesen erheblich, besonders unter dem Aspekt des Langzeiteinsatzes im Fachbereich der Humanmedizin. Es wurde überraschenderweise festgestellt, das ein ganz bestimmtes Kornspektrum für den „Füllstoff" existiert, das die optimalen Gleiteigenschaften garantiert. Dies ist natürlich wiederum eine Funktion des eingesetzten Materials. Der Begriff „Füllstoff" ist in dem Sinne irreführend, sofern davon abgeleitet werden sollte, daß zwischen dem organischen Polymeren und dem eingelagerten Material keine Wechselwirkungen eintreten würden.

Mit der Erfindung wurden ferner Materialien bereitgestellt, die zwar chemisch gleich, jedoch nach verschiedenen Verfahren hergestellt werden, um einerseits jeweils eine kostengünstige Herstellungsmethode auswählen zu können, um andererseits jedoch auch die verfahrenstechnisch bedingten Eigenschaftsmodifizierungen entsprechend den Gegebenheiten selektieren zu können. Damit wird es möglich,den einzelnen Einsatzgebieten, wie Finger- oder Hüftgelenkprothesen, entsprechend angepaßte Komposite zur Anwendung zu bringen. Diese Eigenschaftsunterschiede wirken sich auch auf die Gesamteigenschaften aus, da Wechselwirkungen mit dem organischen Polymeren bestehen.

Bezogen auf die anorganische Komponente des Komposits wurde aus der Fülle der denkbaren Zusammensetzungen des Grundsystems P₂O₅-CaO-SiOj mit Zusätzen von AI₂O₃, ZrO₃, und TiO₂ diejenigen ausgewählt, die besonders hydrolysestabil sind und in denen der Komposit n. der o.g. Gleitpaarung zu keinem die Funktion beeinträchtigenden Verschleiß führt. Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.

Ausführungsbeispiele

Beispiele 1 bis 6 (A bis F)

Es wurden Gemenge gemäß Tabelle 1 geschmolzen und mittels üblicher Temperaturbedingungen in eine Keramik, Sinterglaskeramik oder Glaskeramik überführt.

Tabelle 1 Beispiele für das glasig-kristalline Material

Komponente Code der Zusammensetzung

AB CDE F

Vergleichsbeispiele

CaO	31,9	31,9	31,9	31,9	31,9	31,9
P₂O₅	11,2	11,2	11,2	11,2	11,2	11,2
SiOj	44,5	44,5	44,5	44,5	44,5	44,5
Na₂O	4,6	4,6	4,6	4,6	4,6	4,6
MgO	2,8	2,8	2,8	2,8	2,8	2,8
CaF₂	4,8	5,0	5,0	0,0	5,0	5,0
K₂O	0,2	-	_	_	_	-
TiO₂	-	10,0	_	-	-	_
ZrO₂	-	-	1,0	8,0	10,0	-
AI₂O₃	-	-	1,0	1,0	-	10,0

Komponente	Code der Zusammensetzung	B	Ap	C	D	E	F
	A	Vergleichsbeispiele	VVo
		CaTiSiO₆
Haupt	Ap	Rutil	Ap	Ap	Ap	Ap
kristall	Wo		Wo	Wo	Wo	Wo
phasen	-	2,26	nicht		CaZrSi₄Oi₂	Feld
Neben-		±0,3	identifi			spate,
kristall-			zierbar			α-TCP
phasen	2,27	1,80	n.b.	1,78	1,76
Schnell	±0,8	±0,2		±0,1	±0,1
methode
lmg/g)

Legende: Ap-Apatit; Wo-Wollastonit; TCP- Tricalciumphosphat; n. b. · nicht bestimmt

Beispiel 7

20g eines durch Vermischen eines Ricinolsäuretrimethylpropanesters mit weiterem Trimethylolpropan entstandenen Polyolgomischsmitdem Hydroxyläquivalentgewicht 190g Ester/Mol OH und einer Funktionalität von 3,0 werden mit 20g eines unten charakterisierten glaskeramischen Granulats innig gemischt und getrocknet. Bei 40^pC besitzt die Polyolmischung eine Viskosität 10OOmPa · s. Zu dieser Suspension werden 10g destilliertes Toluylendiisocyanat (Äquivalentgewicht 90g/Mol NCO) gegeben und so eine bei 4O⁰C gießfähige, härtbare Mischung hergestellt. Durch Eingießen in eine Form mit einer aufgerichteten Halbkugel und nach Aushärtung bei Temperaturen zwischen 40 und 80°C läßt sich aus der Form ein Pfannenrohling entformen, dessen Verschleißfestigkeit geprüft werden kann.

Als Bioglaskeramik wurde ein Materini der chemischen Zusammensetzung entsprechend Beispiel C in folgender Kornfraktion für die Kompositbildung verwendet:

bis	200Mm	17,7%
bis	160Mm	42,6%
bis	125Mm	22,6%
bis	100Mm	6,8%
bis	90 Mm	8,5%
bis	71 Μ·η	1,3%
	< 63um	< 0,1%.

Die Versrhleißuntersuchungen brachten folgende Ergebnisse: Ein gemäß oben zusammengesetztes Polyurethan kombiniert mit 40% öiokeramik zeigt in Versuchen gegen AI₂O3-Keramik ein besseres Verschleißverhalten als PE, wie die Übersicht zeigt:

Übersicht zum Verschleißverhalten

	mg/Abrieb	AI₂O₃/PE	AI₂Oa/Pfannegem. Beispiel 7	AI₂Oj/Pfannegem. Beispiele
1.	Arithmetische Rauhigkeit Durchschnitt in Mm	95	nichtmeßbar	nicht meßbar
2.	Max. Rauhigkeit -Durchschnitt	0,69	0,18	0,16
3.	4,56 (8,82)*'	2,16 (2,29)*'	1,55 (2,0O)*¹

*' Absolute maximale Rauhigkeit Meßbedingungen: Reibversuche mit Wasser bei 3TC, 2000N Last, 2000000 Lastwechsel, Prüffrequenz 1 Hertz, Schwenkwinkel 45°.

Beispiele

14g eines kristallinen Epoxidharzes auf der Basis von Isocyanursäure werden mit 20g frisch destilliertem Hexahydrophthalsäureanhydrid bei 110°C zur Polyaddition gebracht. Nach 20minütiger Vorreaktion besitzt die Mischung eine Viskosität von etwa 50OmPa · s. Bei dieser Viskosität werden 20g einer ausgewählten Bioglaskeramik eingerührt und die Suspension in die auf 100⁰C vorgeheizte Form gegossen. Nach dem Aushärten (24h bei 110°C) kann ebenfalls ein Pfannenrohling entformt werden, der die in der Übersicht im Beispiel 7 gezeigten Verschleißeigenschaften hat.

Dabei wurde ein Material der chemischen Zusammensetzung entsprechend Beispiel C in folgender Kornfraktion für die Kompositbildung verwendet:

bis 200Mm 0,1% bis 160 Mm 48,2% bis125Mm25,3% bis 100Mm 6,4%.

Die aufgeführten Eigenschaften zeigen die Eignung des beschriebenen erfindungsgemäßen Kompositmaterials als verschleißfestes Pfannenmaterial für Gelenkprothese.

Claims

1. Gelenkendoprothese mit AI₂0₃-Keramikkopf und einer Kompositpfanne, deren anorganische Komponente Apatit- und/oder Wollastonit-Kristallphasen aufweist und deren organische Komponente ein vernetztes Polymeres ist, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Kompositkomponente eine Keramik, Glaskeramik oder Sinterglaskeramik ist, die vor dem Brennen die Gemengezusammensetzung (Masseteile in %)

CaO 31-34

P₂O₅ 10-12

SiO₂ 43-46

Na₂O 3- 5

MgO 2- 3,5

CaF₂ 3- 5

aufweist und stets zusätzlich, über die 100% der vorgenannten Gemengebestandteile hinausgehend, weitere 0,5 bis 11 % an AI₂O₃ und/oder ZrO₂ oder TiO₂ und AI₂O₃ oder TiO₂ und ZrO₂ oder TiO₂ und ZrO₂ und AI₂O₃ enthält, wobei TiO₂ zwischen 0,5 bis 5% betragen kann, und das gebrannte Material als Partikel mit einer Korngrößenverteilung von

200-500 Mikrometer kleiner 10%

160-200 Mikrometer 15 bis 25%

125-160 Mikrometer 40 bis 50%

100-125 Mikrometer 20bis30%

kleiner 100 Mikrometer kleiner 20%,

davon kleiner 10 Mikrometer kleinerO,1%

in der Kompositpfanne verteilt ist, wobei die Differenz von Innenradius der Pfanne und Außenradius des Kopfes im Bereich von 25 bis 350 Mikrometer liegt.

2. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Kompositkomponente Nebenkristallphasen in einer Menge von 1 bis 20 Masseteile in % enthält, wobei die Nebenkristallphasen aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Feldspaten, alpha-Tricalciumphosphat, CaTiSiO₅, CaZrSi₄Oi₂ und Rutil besteht.

3. Gelenkendoprothese nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die anorganische Kompositkomponente Nebenkristallphasen in einer Menge von 5-20; vorzugsweise 8 bis 15% enthält.

4. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge zusätzlich ZrO₂ in einer Menge von 0,5 bis 10% enthält.

5. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge zusätzlich 0,5 bis 5% TiO₂ und weiterhin AI₂O₃ und/oder ZrO₂ bis insgesamt 10% enthält.

6. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge zusätzlich AI₂O₃ in einer Menge von 0,5 bis 10% enthält.

7. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge zusätzlich ZrO₂ und AI₂O₃ in einer Menge von 0,5 bis 10% enthält.

8. Gelenkendoprothese nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenradius der Pfanne und der Außenradius des Kopfes im Bereich von 30 bis 300 Mikrometer liegt.

9. Verfahren zur Herstellung einer Gelenkendoprothese mit AI₂O₃-Keramikkopf und einer Kompositpfanne durch Schmelzen eines anorganischen Gemenges, Abkühlen und Zerkleinern des kristallinen Materials mit Apatit- und/oder Wollastonit-Kristallphasen, Einbringen in eine polymere Matrix und Aushärten der Matrix in einer Pfannenform, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge folgende Zusammensetzung aufweist (Masseteile in %)

CaO 31-34

P₂O₅ 10-12

SiO₂ 43-46

Na₂O 3- 5

MgO 2- 3,5

CaF₂ 3- 5

und stets zusätzlich, über die 100% der vorgenannten Gemengebestandteile hinausgehend, weitere 0,5 bis 11%an AI₂O₃ und/oder ZrO₂ oder TiO₂ und AI₂O₃ oder TiO₂ und ZrO₂ oder TiO₂ und ZrO₂ und AI₂O₃ enthält, wobei TiO₂ zwischen 0,5 his 5% betragen kann, und das damit hergestellte keramische, glaskeramische oder sinterglaskeramische Material mit einer Korngrößenverteilung von

200-500 Mikrometer kleiner 10%

160-200 Mikrometer 15-25%

125-160 Mikrometer 40-50%

100-125 Mikrometer 20-30%

kleiner 100 Mikrometer kleiner 20%, davon

kleiner 10 Mikrometer kleiner0,1%

in der polymeren Matrix verteilt, in bekannter Weise in eine Pfannenform gegossen und nach der Aushärtung mit einem AI₂O₃-Keramikkopf kombiniert wird, dessen Außenradius so gestaltet ist, daß die Differenz zwischen Innenradius der hochglanzpolierten Pfanne und Außenradius des Kopfes im Bereich von 25 bis 350 Mikrometer liegt.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge folgende Zusammensetzung in Ma.-% aufweist

CaO 31-34

P₂O₅ 10-12

SiO₂ 43-46

Na₂O 3- 5

MgO 2- 3,5

CaF₂ 3- 5

und stets zusätzlich, über die 100Ma.-% der vorgenannten Gemengebestandteile hinausgehend, weitere 5 bis 10Ma.-% an AI₂O₃ und/oder ZrO₂ oder TiO₂ und AI₂O₃ oder TiO₂ und ZrO₂ oder TiO₂ und ZrO₂ und AI₂O₃ enthält, wobei TiO₂ zwischen 0,5 bis 5Ma.-% betragen kann.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge zusätzlich 0,5 bis 5% TiO₂ und weiterhin AI₂O₃ und/oder ZrO₂ bis insgesamt 10% enthält.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gemenge zusätzlich AI₂O₃ und/oder ZrO₂ zugesetzt wird in gleichen oder unterschiedlichen Mengenanteilen in den Grenzen von 0,5 bis 10Ma.-%.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als polymere Matrix ein Polyurethan eingesetzt wird, hergestellt aus einem Polyol oder einem Gemisch aus verschiedenen Polyolen und einem aromatischen, aliphatischen oder acyclischen Diisocyanat.

14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die polymere Matrix aus einem Epoxidharz und einem Härtungsmittel gebildet wird, wobei die anorganische Komponente in die Harz-Härter-Mischung eingebracht wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der funktionellen Gruppen gleich oder größer als 10% ist.

16. Verfahren nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Glastemperatur der polymeren Matrix oberhalb der Körpertemperatur liegt.

17. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Polyfunktionalität zwischen 2,1 und 4,0, vorzugsweise 3,3 und 3,6 liegt.

18. Verfahren nach Anspruch 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil des anorganischen Materials im Bereich von 20 bis 60 Masseteile in % liegt, bezogen auf die Gesamtkompositmasse.

19. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Gelierzeit der polymeren Komponente wenigstens 3 Minuten beträgt.

20. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen Außenradius des A!₂0₃-Keramikkopfes und Innenradius der Pfanne im Bereich von 30 bis 300 Mikrometer liegt.